kaiyun体育网页版登录网页版 『精华帖』 汽轮机胀差，轴向位移的产生原因及其防控措施

1 轴向位移和差胀的概念

轴向位移是指轴的位移，而胀差是指轴相对于筒体的相对胀差。一般轴向位移变化时其值较小。轴向位移为正时，大轴向发电机方向移动，如果此时筒体胀差远小于轴胀差，则胀差可能不向正方向变化；如果机组参数不变，负荷稳定，胀差和轴向位移就不会变化。机组启停过程中以及蒸汽参数发生变化时，胀差会发生变化，而轴向位移肯定会因负荷的变化而变化。运行中轴向位移的变化必然引起胀差的变化。

涡轮转子膨胀大于汽缸膨胀时的膨胀差称为正膨胀差，汽缸膨胀大于转子膨胀时的膨胀差称为负膨胀差。

按缸体分类可分为高差、中差、低I差、低II差。

膨胀差值是一个非常重要的运行参数，如果膨胀差超过极限，热保护将使主机跳闸，以避免动静部件发生碰撞，损坏设备。

启动时，汽缸的膨胀一般采用加热装置控制，而转子主要靠汽轮机进汽温度和流量以及轴封蒸汽温度和流量来控制转子的膨胀。启动时，差胀一般向正方向发展。汽轮机停机时，随着负荷和转速的降低，转子冷却得比汽缸快，因此差胀一般向负方向发展，在滑参数停机时尤为严重。必须采用蒸汽加热装置，向汽缸夹层和法兰通入冷却蒸汽，以防止差胀保护动作。

汽轮发电机中，由于蒸汽在动叶片中做功，以及隔板汽封间隙中漏汽，造成动叶片前后蒸汽压力下降。这种压力下降使汽轮机转子沿蒸汽流动方向形成轴向推力，从而产生轴向位移。如果轴向位移大于汽轮机动、静件间的最小间隙，就会造成汽轮机静、转子相撞而损坏。轴向位移的增大，会使推力轴承温度升高，烧毁黑色金属，引起机组剧烈振动，必须紧急停机，否则将带来严重后果。

差别膨胀保护是指汽轮机转子与汽轮机之间的相对膨胀差。机组在启停过程中，由于转子相对于汽缸很小，热容量小，温度变化快，膨胀速度快。如果不采取措施控制加热速度，机组转子与汽缸就会相互摩擦，造成损坏。因此，运行过程中的差别膨胀不能超过允许值。

汽轮机转子停止旋转后，负膨胀差可能进一步发展，因此应保持轴封蒸汽在一定的温度，以避免产生不良后果。

2 影响轴向位移和膨胀差的因素

使膨胀差增大为正值的主要因素简述如下：

1）启动时预热时间太短、转速上升太快或负载增加太快。

2）筒体夹层及法兰加热装置加热蒸汽温度太低或流量较小，造成蒸汽加热效果弱。

3）滑动销系统或承压板滑动性能差，易卡死，缸体无法膨胀。

4）轴封蒸汽温度过高或轴封蒸汽供应量过大，造成轴颈过度伸长。

5）机组启动时进汽压力、温度、流量等参数过高。

6）推力轴承工作和非工作表面受到的应力和磨损增加开yun体育官网入口登录体育，轴向位移增大。

7）汽缸保温层保温效果差或保温层脱落，禁忌季节，汽机房室温过低或有冷风吹过厅堂。

8)冷蒸汽（或冷水）流入双层筒体的夹层。

9）胀差指示器零点不准确或触点磨损，造成数字偏差。

10）对于多转子机组，相邻转子之间膨胀差异引起的相互影响。

11）真空变化的影响（真空度降低，引起进入汽轮机的蒸汽流量增大）。

12）速度变化（减速）的影响。

13）各级抽汽量变化的影响。如果第一级抽汽停止，影响高度差将非常明显。

14）轴承油温过高。

15）机组停机及空转过程中“泊松效应”的影响。

16)胀差指示器不准确或受频率或电压变化的影响。

膨胀差增大为负值的主要原因：

1）负载快速下降或突然下降。

2）启动时主蒸汽温度突然下降或入口蒸汽温度低于金属温度。

3）水冲击。

4）轴承油温太低。

5）轴封蒸汽温度太低。

6）轴向位移的变化。

7）真空度过高，影响相应的排汽室温度。

8)启动时转速突然升高，由于离心力的作用，转子轴向尺寸减小，特别是高度差变化明显。

9）双层筒体夹层内流入高温蒸汽，可能来自蒸汽加热装置，也可能来自进汽壳的泄漏。

蒸汽或轴封泄漏。

10）筒体夹层加热装置蒸汽温度过高或流量过大，造成加热过度。

11）滑动销系统或承载板卡住，气缸不缩回。

12）胀差值指示器不准确或受频率、电压变化的影响。

影响正扩张的主要因素有：

1）蒸汽温度快速上升或下降

启动时，一般采用加热装置控制汽缸的膨胀，而转子的膨胀主要根据汽轮机进汽温度、流量和轴封蒸汽温度、流量来控制。启动时，差胀一般向正方向发展。汽轮机停机时，随着负荷和转速的降低，转子比汽缸冷却得快，因此差胀一般向负方向发展，在滑参数停机时尤为严重。必须采用蒸汽加热装置，向汽缸夹层和法兰通入冷却蒸汽，以防止差胀保护动作。汽轮机转子停止旋转后，负差胀可能进一步发展。为此，应保持轴封蒸汽在一定的温度下，以免造成不良后果。

2）负载变化速度的影响

当负荷变化时，各级蒸汽流量也发生变化，尤其在低负荷范围内，各级蒸汽温度变化很大，负荷增加越快，蒸汽温度上升越快。负荷减少越快，从金属表面看，汽缸与转子温升速度相差越大。负荷增加越快，正膨胀差越大；负荷减少越快，正膨胀差越小，产生负膨胀差。

3）供汽温度对轴封的影响

轴封供汽使转子的轴封段和轴封体加热。由于轴封体嵌于汽缸两端，它的膨胀对同等长度的汽缸轴几乎没有影响，但转子轴封段的膨胀却影响转子的长度，从而使正膨胀差增大。由于轴封段占转子长度的比例很小，所以对总的膨胀差影响不大，但轴封处的局部膨胀差相对较大。轴封供汽温度过高，则正膨胀差就会过大；反之，则负膨胀差就会过大。一般规定轴封蒸汽温度略高于轴封金属温度。

4）真空对低压膨胀差的影响

当真空度降低时，一方面排气温度升高，低压缸排气口压力升高，缸体内外压差减小，均促使低压缸体膨胀，从而减小低压膨胀差。另一方面，若轴封蒸汽压力不变，低压缸轴封段轴封蒸汽量减小，转子加热减弱，低压膨胀差也减小。

5）环境温度的影响

低压膨胀差对环境温度影响比较敏感，当环境温度升高时低压膨胀差变小，当环境温度下降时低压膨胀差增大。其主要原因是，一方面低温下降，低压缸冷却加剧（低压缸无保温）；另一方面循环水温下降，使真空度升高，排汽温度降低，使缸温降低。经观察，在不同负荷下，其变化规律相同，同一负荷下，冬季与夏季低压膨胀差相差15%。

6）摩擦爆破的影响

机组在启动和低负荷阶段，蒸汽流量较小，在高、中、低压阶段均产生较大的鼓风摩擦损失（与转速的三次方成正比）。该损失产生的热量被蒸汽吸收，使其温度升高。由于叶轮直接与蒸汽磨擦，转子温度高于缸内温度，因此产生正膨胀差。随着转速的提高，转子摩擦鼓风损失产生的热量相应增大，但此时由于流量的增加，产生的鼓风损失次数相应减少。因此，每公斤蒸汽吸收的摩擦鼓风损失产生的热量首先随转速的提高而增大，使高、中、低压缸的正膨胀差增大，后随转速的提高而相应减小，对膨胀差的影响逐渐减小。

7）其他方面：筒体法兰螺栓加热装置的影响

3.轴向位移和差胀的危害

1）泊松效应对机组低压压差影响约10%，因此开机前应保证低压压差在10%以上。停机过程中应尽量降低低压压差（最好控制在90%以下）。当低压压差超过110%时需紧急停机。此时随着转速的降低，低压压差将超过120%，低速区可能存在动、静摩擦。

2）冬季低压压差过大时，应注意轴封汽母管压力，如压力过高可适当降低，也可采用真空减压法降低低压压差。减少冬季开窗次数是降低冬季低压压差的有效措施。

3）在高温工况下启动时，应选用高温蒸汽源作为轴封汽源，当采用辅助蒸汽作为汽源时，其温度必须控制在270℃左右，如果温度过低，高压轴封段会迅速冷却收缩，在前几级可能造成动、静摩擦。

4）冷启动时，轴封汽源高于轴金属温度，轴会局部受热伸长，产生较大的正胀差。因此要选择与轴封金属温度相匹配的汽源，不延误启动时间。如低压胀差过大，可通过降低真空来调节，争取提前冲高转速。当机组启动阶段低压正胀差超过极限时，可破坏真空，停止轴封汽源，待胀差正常后再启动。

5）机组倒转前主蒸汽温度必须至少高于高压缸金属温度50℃，汽缸倒转前应考虑轴向位移对高压膨胀差的影响。

膨胀差在装置开机、停机阶段变化较大，影响因素多，调节难度大。因此，必须严格按照规程，根据缸内金属温度选择合适的启动参数，制定合适的加热升压曲线，确定合适的升温速度，控制升速和预热时间，装机后根据具体情况及时分析、采取有效措施，才能有效地控制膨胀差。

4 机组启动过程中胀差变化分析及控制

汽轮机在启停过程中，转子与汽缸之间的热交换条件不同，因此，它们的轴向膨胀也不一致，即产生相对膨胀。相对膨胀通常也叫差胀。差胀的大小表示汽轮机轴向动、静间隙的变化。监测差胀是机组启停过程中的一项重要工作。为避免因轴向间隙变化而引起动、静件间摩擦，不仅要严格监测差胀，还应充分了解差胀对汽轮机运行的影响。

气缸受热后由“死点”向头部方向膨胀，因此膨胀差动信号发生器一般安装在气缸相对于底座的“死点”位置，膨胀差动变送器安装在前轴承箱座上。

机组的启动按启动前汽轮机金属温度高低分为以下几种类型：冷启动（金属温度150度～180度）；热启动（180度～350度）；热启动（350度～450度）；超热启动（450度以上）。

现在我们仅简单分析一下常见的冷启动和热启动时机组膨胀差的变化及控制。

机组冷启动过程中，膨胀差的变化及膨胀差的控制大致可分为以下几个阶段：

1）汽封供给及真空阶段

从汽封供汽到转子开始旋转前充电这段时间内，膨胀差值都是往正方向变化的。因为在加热或冷却过程中，转子温度上升或下降的速度比汽缸快，相应的膨胀或收缩的速度也比汽缸快。当我们把均压箱投入汽封供给时，汽封套受热后向两边膨胀，对整个汽缸的膨胀影响不大。汽封对应的转子主轴段受热，使转子伸长。汽封加热对转子伸长值的影响取决于供汽温度，但加热时间也有影响。所以冷启动时均压箱的压力不宜过高，一般应保持在0.1MPA以下，而温度则应在250摄氏度左右。抽汽系统投入运行并开始抽真空后，若膨胀差向正值变化过快，可降低均压箱压力或适当提高凝汽器真空度，因为提高真空度可减少蒸汽在汽封内的停留时间。

一般来说，冷启动时，汽封出来的蒸汽温度、压力应较低，真空度应提高较快，以便在保证安全的条件下，尽快满足启动条件。

2）热身和加速阶段

从启动到定速，膨胀差基本是继续上升的，此阶段蒸汽流量较小，蒸汽主要在调节阶段做功。中速暖机后，再次提高转速时，膨胀差会趋于下降。这主要是因为随着转速的提高，离心力增大，轴向力分力也增大，使转子变厚、变短。同时汽缸温度逐渐升高，汽缸的膨胀率也在上升，相对滞后于转子的膨胀值。启动时，蒸汽的压力、温度要适当低一些，但温度要保持一定的过热度，启动率要低一些。启动过程中，要密切注意汽缸温度的变化，此时若膨胀差过大，要稳定转速，或降低真空度，使蒸汽在汽缸内停留较长时间，充分暖机。有时在暖机提速过程中，如果缸体排油量调整不当，也会影响胀差，因此开机时应注意控制缸体排油量。为防止胀差表数据失真，还应密切观察机组热膨胀和轴向位移的变化情况，通过热膨胀和轴向位移的对比kaiyun网页版登陆，进一步判断胀差的变化情况。同时，密切监测机组的振动情况，特别是在跨越临界转速时。

3）恒速并行加载阶段

由于从提速到恒速的时间很短，蒸汽温度和流量几乎不变，对胀差的影响只有在转速恒定后才能体现出来。转速恒定后，胀差增大幅度较大，且持续时间较长，特别是发电机并网后。在低负荷暖机阶段，蒸汽对转子和汽缸的加热比较剧烈。并网后，随着调节汽阀开度的增大，调节级温度上升得更快，调节汽阀的开启速度对胀差的影响更大。也就是说，为了防止胀差变化过快，并网后应在低负荷下暖机一段时间。具体的低负荷暖机时间由汽缸上下壁温度、调节级温度和胀差变化趋势决定。只有当胀差值呈下降趋势，与并网时值相比下降10%以上时，才能逐步增加负荷。一旦胀差再次上升，达到并网时的值时，应适当减慢负荷上升速度，甚至停止继续暖机开yun体育官网入口登录苹果，直至机组负荷升到额定值。

一般来说，影响机组胀差的因素主要有以下几点：暖机时间的长短、凝汽器真空的变化、轴封供汽温度及供汽时间的长短、主蒸汽的温升和温降速度、负荷变化的影响等。

简单地说，冷态下启动机组要求：“调整真空度，保持蒸汽供应稳定，缓慢提高转速，慢慢升温，低负荷时不要着急，等到缸温升高后再启动。”

结尾